第六章 连续型概率分布

参考书目为安德森的《商务与经济统计》,以下为个人的学习总结,如果有错误欢迎指正。有需要本书pdf的,链接在本文末尾。(仅限个人学习使用,请勿牟利)

第六章 连续型概率分布

对于连续型随机变量,他的概率用概率密度函数(probability density function),计做f(x)

6.1 均匀概率分布

均匀概率密度函数:
f(x)=\begin{cases}\frac{1}{b-a},&a\leq x\leq b \\ 0,&其他\end{cases}

如:飞机飞行时间,在每个固定时间区间是等可能的。


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那么如果要计算120-130分钟,就计算这部分面积即可。

6.1.1 用面积度量概率

对于连续型随机变量,我们不讨论取某一值的概率,往往讨论随机变量在某一区间上的取值概率。
连续型随机变量在某个给定区间上的取值,被定义在该区间[x_1,x_2]上概率密度函数f(x)曲线下的面积。
如果单独取某个点,那个概率为0,所以无论给x的范围,取不取端点都可以。

连续型均匀概率分布的数学期望和方差公式:
E(x)=\frac{a+b}{2}
Var(x)=\frac{(b-a)^2}{12}

6.2 正态概率分布

正态概率分布(normal probability distribution)描述连续型随机变量的一种概率分布。

6.2.1 正态曲线

正态概率密度函数:
f(x)=\frac{1}{\sqrt{2\pi}\sigma}e^{-(x-\mu)^2/2\sigma^2}
正态分布的特征:
1.正态分布族中每个分布由均值\mu和标准差\sigma决定
2.正态曲线的最高点在均值(也就是中位数、众数)
3.均值可以为任意值
4.正态分布对称,且左右末端理论上不与x轴相交
5.标准差决定曲线的宽度和平坦程度,标准差越大则变异越大

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6.正态随机变量的概率由面积给出,总面积为1,左右各0.5
7.常用随机变量的在常用区间内取值的百分比
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6.2.2 标准正态概率分布

标准正态概率分布:均值为0,标准差为1的正态分布。通常用字母z来表示。
标准正态密度函数:
f(z)=\frac{1}{\sqrt{2\pi}}e^{-z^2/2}

计算标准正态分布的概率,常用查表法


image

上图中左侧列是z值的个位和十分位、右边的列代表z值得百分位。如1.00得p=0.8413(累计值)

有时,我们更关注和均值距离一定标准差范围内的概率:
如,根据查表,查-1和1对应的p值
p(-1.00\leq z \leq 1.00)=0.6826

当然我们还可以反向查询,通过先确定p值再确定z值

6.2.3 计算正态概率分布的概率

处理任何正态分布的概率,都可以先转化成标准正态分布来计算。
转化为标准正态随机变量:
z=\frac{x-\mu}{\sigma}
比如一个随机变量x大于均值一个标准差,即x=\mu+\sigma,那么转化为z就等于1.

通过转化,我们可以计算任意正态分布的概率

6.2.4 Grear公司轮胎的问题

轮胎公司的轮胎,行驶里程x是正态分布,\mu=36500,\sigma=5000
我们想计算超过40000英里的概率,40000转化为z=0.7,然后1-P(0.7)即可算出来

当然也可以通过概率算里程,比如最小百分之十,就是小于30100英里。

6.3 二项概率的正态近似

二项分布中,随机变量是n次试验成功的次数x
np\geq 5并且n(1-p)\geq 5的情况下,可以把二项概率分布近似看成正态分布。此时\mu=np\sigma=\sqrt{np(1-p)}

举例:发票出错概率10%,计算100张有12张错误的概率通过计算\mu=np=10\sigma=\sqrt{np(1-p)}=3
我们知道点是没有概率的,只有区间才有概率。但是我们可以取11.5-12.5之间的面积来表示12次成功的二项概率的近似。我们称0.5为连续性校正因子,这是因为我们用的是连续分布来近似一个离散分布。

但是如果计算不多于12次,就可以直接用区间来表示了。

6.4 指数概率分布

指数概率分布:可用于描述如到达洗车处两辆车的间隔时间、装载一辆卡车所需要的时间等随机变量。
指数概率密度函数:
f(x)=\frac{1}{\mu}e^{-x/\mu}

举例:装载一辆卡车所需的时间x服从指数分布,\mu=15,概率密度函数:f(x)=\frac{1}{15}e^{-x/15}

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6.4.1 计算指数分布的概率

指数分布:累积概率
P(x\leq x_0)=1-e^{-x_0/\mu}

6.4.2 泊松分布与指数分布的关系

泊松分布的概率函数:f(x)=\frac{u^xe^{-\mu}}{x!}

联系:泊松分布描述每一个区间中事件发生的次数,指数分布描述了事件发生的事件间隔长度。
如一小时在到达洗车店的汽车数量期望为10,那么事件间隔的期望就是0.1小时。


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